强夯法在火电厂粉煤灰地基处理中的应用研究.pdf

第 3 9卷 第 1 2期 2 0 1 2年 1 2月 建筑技术开发 Bui l di n g Te c h ni qu e De v e l o pme n t Vo 1 ． 3 9， No ． 1 2 De c ． 2 0l 2 强夯法在火电厂粉煤灰地基处理 中的应 用研 究 王宝齐 刘平 1 ． 中 国电力科 学研 究院 ， 北京 1 0 0 0 5 5 ； 2 ． 国电九 江四期发 电有 限公 司 ， 江 西九 江 3 3 2 0 0 0 [ 摘 要 ] 结合工程实例 ， 介绍 了强夯地基处理技术 的加 固原 理 ， 火 电厂粉煤 灰地基强 夯法处 理采用 的施工技术 参数 ， 分析 了地基试验检测结果 。从试验结果看 强夯法能够对火 电厂粉煤灰地基进行有 效处理 ， 有效处理深度 能 够达 到 7 m， 粉煤灰地基压实度大于等于 0 ． 8 。同时由于粉煤灰的多孔结 构 ， 吸水保 水能 力强 ， 水对粉煤 灰地 基 承载力具有较 大影 响。 [ 关键词 ] 强夯法 ； 火电厂 ； 粉煤灰地基 ； 地基试 验检测 [ 中图分类号 ] T U 4 7 2 ． 3 1 [ 文献标志码] A [ 文章编号 ] 1 0 0 1 5 2 3 X 2 0 1 2 1 2 0 0 2 6 0 3 S TUDY oN THE APPLI CATI oN oF DYNAM I C CoNS oLI DATI oN M ETHoD I N THE TREATM ENTS FoR THE FLY AS H GRoUND oF THE FOSS I L FUEL P0W ER PLANT W a ng Ba o q i L i u Pi ng [ Ke y wo r d s ] W i t h a n e ng i n e e r i ng e x a mpl e， p r e s e nt i ng t he p r i nc i p l e o f dy n a mi c c o n s o l i d a t i o n g r o un d t r e a t me nt t e c h n o l o g i e s， t h e c o n s t r u c t i o n t e c hn o l o g y pa r a me t e r s o f fly a s h g r o u n d d y na mi c pr o c e s s i n f o s s i l f ue l po we r p l a n t ， a nd a na l y z i n g t h e r e s u l t o f g r o u n db a s e d t e s t ． F r o m t h e t e s t r e s u l t s， t h e d y n a mi c c o mp a c t i o n me t ho d c a n e f f e c t i v e l y d e a l wi t h t h e f l y a s h g r o u n d o f t h e f o s s i l f ue l p o we r pl a n t ， a nd t he e f f e c t i v e d e p t h c a n r e a c h t o 7 m ， t he d e g r e e o f c o mp a c t i o n o f t h e fly a s h f o u nd a t i o n i s g r e a t e r t ha n o r e qu a l t o 0． 8．At t h e s a me t i me， d u e t o t h e po r o us s t r u c t u r e o f t he fly a s h， t h e s t r o n g a b i l i t y o f a bs o r b e nt mo i s t ur i z e r ， S O t he wa t e r h a v e a g r e a t e r i mpa c t O ff fly a s h b ea r i n g c a pa c i t y o f f o u n da t i o n． d y n a mi c c o n s o l i d a t i o n me t h o d； f os s i l f u e l p o we r p l a n t ； fly a s h g r o un d； d e t e c t i o n f o r g r o u n db a s e d t e s t 强夯法又称为动力 固结法 ， 是将重锤反复提到 一 定高度使其 自由落下 ， 给地基土施加很大的冲击 能 和振 动能 ， 地基 土 中产 生 冲击 波 和 动应 力 。冲击 波以压缩波 纵波 、 P波 、 剪切波 横波、 s波 和瑞 利波 表面波、 P波 的波体系联合在地基内传播 ， 在 软 弱土 地 中产 生 一个波 场 ， 通 过各 种波 的共 同作用 ， 达到使软弱土地基密实 、 提高强度及承载力的 目的。 强夯法对提高地基土的强度、 降低土的压缩性及 改 善 砂土 的液 化性 能 、 消 除湿 馅 性 黄 土 的湿 馅 性 等具 有 良好的效果 。粉煤灰 ， 是从煤燃烧后 的烟气中收 捕下来的细灰 ， 是燃煤电厂排 出的主要固体废物 ， 其 工程性质与细粒砂性土类似 。本文结合工程实例 ， 收稿 日期 2 0 1 2 0 91 5 作者简介 王宝齐 1 9 7 9 ． ， 男 ， 河北 省三河市人 ， 毕业于北京 工业大 学 ， 硕士研究生 ， 工程 师 ， 目前主要 从事 地基工 程质 量检 测及检测技术研发。 2 6 阐述强夯法在火电厂粉煤灰地基 中的应用 ， 分析强 夯法在大厚度粉煤灰地基中的处理效果。 1工程概 况 某燃 煤 发 电 厂扩 建 工程 项 目 ， 厂址 建 于 原 电厂 扩建端。根据厂区平面布置图， 该项 目冷却塔 工程 位于 回填 土 区域 。根 据勘 察资料 该 区域存 在大 量 的 粉煤灰回填土 ， 地质条件如下 1 第 11 层杂填土 系新 近回填土 ， 孔隙较 大 ， 具 高 压 缩 性 ， 承 载 力 特 征 值 ， a 7 5 k P a ， 层 厚 1～2 i n。 2 第 1 2 层冲填土 系粉煤灰新近 回填， 孔 隙较大 ， 具高压缩性 ， 易产生震动液化 ， 承载力特征 值 6 8 k P a ， 层厚 4～ 6 in。 3 第 1 3 层 素填 土 系 2 0世纪 8 0年代 的粉 质粘土回填 ， 孔隙较大 ， 具 高压缩性， 承载力特征值 Ak 6 8 k P a ， 层厚 1～ 2 in。 第 3 9卷 王宝齐 ， 等 强夯法在火电厂粉煤灰地基处理 中的应用研 究 第 1 2期 4 粉 质粘 土 Q 土 黄 色 ， 可 塑 ， 有 黑 色铁 锰 质渲染 ， 局部呈可塑 ～硬塑 ；分布较普遍 。压缩模 量 E 7 ． 1 MP a ， 具 中压缩 性 ， 承载力特征值 1 6 0 k P a。 为了提高区域 内地基土的承载力 ， 消除不均匀 沉降的影响 ， 需对 冷却塔水池 区域进行地基 处理。 经 过对 处理 方 案进行 比对 ， 最 终采 用强 夯法 。 2强 夯法地 基 处理 2 ． 1 影 响强夯 加 固深度 的 因素 影 响 强夯 加 固深 度 的主要 因素包 括 夯 击能 、 夯 锤底面积 、 土体特征 。对于待加固的地基土体 ， 所受 应力除本身 自重应力 以外 ， 唯一依靠的外应力便是 夯锤的打击力 ， 地基 土体加 固深度直接 由夯锤引起 的外应力来决定。同时 ， 夯锤底面积的大小直接决 定着夯锤着地时的动压力 或称 冲击压力 ， 进而决定 着强夯的加 固深度。对于强夯加 固的地基土体 ， 土 体本身的特征也是决定强夯加 固质量的重要 因素。 2 ． 2 强夯加 固影响 深度 的计 算方 法 强夯法 创 始 人 梅 那 Me n a r d 曾提 出影 响 深 度 约 等 于夯锤 质量 与落 距之 积 的开方 。国 内外 大量 试 验研究和工程实测资料表明 ， 采用上述 梅那公式估 算有效加固深度将会得出偏大的结果。从梅那公式 中可以看出 ， 其影 响深度仅与夯锤 重和落距有 关。 而实际上影响有效加 固深度的因素很多 ， 除了夯锤 重和落距以外 ， 夯击次数 、 锤底单位压力 、 地基土性 质 、 不 同土层的厚度 和埋藏顺序 以及地下水位等都 与加 固深度 有着 密切 的关 系 。鉴 于有效 加 固深度 问 题的复杂性 ， 以及 目前 尚无适用的计算式 ， 所以目前 我 国规 范规 定有 效加 固深度应 根 据现场 试夯 或 当地 经 验确 定 。 2 ． 3强夯 地基施 工 工 艺 本工 程项 目采用 现 场试 夯 的方法 确定 强夯 法施 工工艺。强夯法施工分三次进行 第一遍点夯 ， 第二 遍夯问点夯 ， 第三遍满夯 。 第一遍夯击的夯击能为 4 0 0 0 k N m， 夯点问 距 7 ． 2 m X 7 ． 2 m， 正 方 形 布 点 ， 中间 加 一 点 。夯 锤 锤 直 径 2 ． 5 IT I 、 重 2 8 ． 3 t 、 落 居 1 4 ． 2 IT I 。单 点 夯击 数 ≥1 2击且 最 后 二击 贯 人 度 平 均 值 ≤1 2 c m， 进 行 下 一 点 施工 。 第一遍夯击完成后停歇 8 d后开始第二遍夯击。 第二遍夯击 的夯击能为 3 0 0 0 k N m， 夯锤锤直径 2 ． 5 m、 重 2 8 ． 3 t 、 落居 1 0 ． 6 5 IT I 。单点击数 4 6击且 最后二击贯人度平均值≤1 2 c m， 进行下一点施工。 满夯于第二遍夯击完成后停歇 2 d后 开始。满 夯 的夯击 能 为 2 0 0 0 k N m， 夯 锤 锤 直 径 2 ． 5 m、 重 2 8 ． 3 t 、 落距 7 ． 0 7 m。夯印相搭 1 ／ 3锤径 ， 每点 4 击 。隔排 分二 次完成 。 强夯过程中下沉较大时 ， 回填砂石混合料。 3 强夯处 理效 果检 测 粉煤灰在粒度分析上相 当于粉砂 ， 但 由于物质 成 分及 结 构 的不 同 ， 力 学 性 质 与 粉 砂 有 明 显 差 异 。 而且粉 煤灰 区域 差 异 比较 大 ， 对加 固后 地 基 承载 力 的确 定没 有现 成经 验 ， 所 以该 工 程 以现 场 试 验 检测 确定 地基 处理 效 果 。 同时 还 结合 原 位 测试 、 室 内土 工试验等进行综合分析。 1 平板 载荷 试验 强夯施 工 完成 后 2 1 d ， 在 强夯 区域 进 行 了 4点 平 板 静载荷 试 验 S 1 、 S 2 、 S 3与 S 4点 。试 验 采 用 慢 速维持荷载法， 承压板面积 0 ． 5 m ， 油压 千斤顶加 载 ， 试验加载最大值都 为 3 0 0 k P a ， 相应最大沉 降分 别 为 l 8 ． 2 m m、 2 0 ． 2 mi l l 、 3 3 ． 1 6 m m、 1 8 ． 5 1 m m。 依 据 压力 P与沉 降 量 s 关 系 曲线 特 征 ， S l 、 S 2 、 s 4点在 静载 荷试 验过 程 中处 于压 实 阶段 ， P s 曲线 基本呈线性变化 ， s l g t 曲线呈缓变形， 加荷后沉降 亦 缓 慢稳定 。S 3加荷 到最后 一级 荷载 时 ， P s 曲线 出现 变化 。各试 验点 P s曲线 见 图 1 。 0 5 0 1 0 0 l 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 图 1 平 板 载 荷 试 验 P 曲线 根据 静载 荷试 验结 果 ， S 1 、 s 2 、 S 4点都 处 于 处 于 压实阶段 ， 承载力特 征值基本 满足设计 要求 值 1 5 0 k P a 。相 比加 固 前 地 基 土 承 载 力 提 高 约 5 0 ％ 。 s 3位移较大 ， 根据 现场情况分析原 因， 发现施工完 成后外围设置排水沟 ， 而 s 3点距离较近 ， 地下水影 响了地基承载性能。工程后期采取 了排水措施 ， 承 载力得到恢复。 2 动力 触探 采用圆锥动力触探法进行现场 的原位测试试 2 7 O m 加 如 蛊H 口， s 第 1 2期 王 宝齐 ， 等 强夯法在 火电厂粉煤灰地基 处理 中的应用研究 第 3 9卷 验 ， 每 6 0 0 IT I 。 测试一点。本文选取部分数据进行分 析。动探孔 D 1 、 D 2 、 D 3 、 D 4布置在夯 间， D1点处于 试验区域边缘 ， 触探采用重型动力试验进行 ， 动探试 验 结果见 图 2 。 2重 型 圆 锥 动 力 触探 成果 D 1 点 处于试 验 区域边 缘 ， 所 以夯 实效 果 差 可 作 为未处理 地基 土看 待 。从 D 2 、 D 3 、 D 4点 看 0～ 2 ． 0 m， 强夯 效果较 差 ； 2 ． 0～ 7 ． 0 m， 地基 土得 到 了有 效夯实 。对 比 D 1与 D 2 、 D 3 、 D 4点 在 2 ． O～ 7 ． 0 i n 范围动力触探锤击数提高近 5 0 ％ ； 强夯有效处理深 度 达 到 7 m， 基本 对地基 软 弱土层 进行 了处 理 。 3 土工 试验 施 T现 场用 环刀取 地基 浅部 粉煤灰 土样 进行 密 度 试验 。现 场选 取 4个 试 验 点 ， 每 试 验 点 取 土样 3 份 ， 对试 验数 据进 行平 均 ， 得 到数 据如下 表 1 所 示 试 验测 得粉煤 灰最 大干 密度 为 1 ． 2 3 。 表 l 粉煤灰土样密度试 验结果 土样 干密度 含水量 压实度 T 1 0 ． 9 9 2 0 ． 3 5 4 0 ． 8 1 T2 1 ． O 51 0 ． 3 3 5 0 ． 8 5 T 3 1 ． 0 3 7 0 ． 3 3 5 0 ． 8 4 T 4 0 ． 9 8 8 0 3 5 6 O ． 8 O 粉 煤灰 地 基 经 过 强 夯 处 理 以后 ， 压 实 度 达 到 0 ． 8以上 ， 但 由于 粉 煤 灰 的 多孔 结 构 与 厂 址所 在 区 域地下水位较高 ， 粉煤灰地基含水量较大。 4结 论 与建议 1 强夯法地基处理技术能够有效地 对粉煤灰 地基进 行处 理 ， 承 载 力 提 高 5 0 ％ 左 右 ， 处 理 有 效 深 度达 到 7 i n ， 粉 煤灰 的压实 度达 到 0 ． 8以上 。 2 强夯 处 理 过 程 中及 处 理 后 要 注 意做 好 排 水 措施 ， 水对粉煤灰地基具有非常大的影响。 3 由于 粉煤 灰 的成 分 及 颗 粒 直径 各 地 区差 异 很大 ， 工程处理要根据粉煤灰 的工程性质采取相应 的施 工工 艺 。 参考文献 [ 1 ] 龚晓南 ， 主编 地基处理手册 第三版 ． 北京 中国建筑工业 出版 社 ， 2 0 0 8 [ 2 ] 中华人民共和国行业标准． 土工试验规程 S L 2 3 71 9 9 9 北京 中国水利水电出版社， 1 9 9 9 [ 3 ] 中华人民共 和 国行 业标 准． 建 筑地 基处 理技 术规 范 J G J 7 9 2 0 0 2 ． 北京 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 2 [ 4 ] 中华人 民共 和 国电力 行业 标准． 电 力工 程地 基处 理 技术 规 程 D L ／ T 5 0 2 4 2 0 0 5 ． 北 京 中 国 电 力 出 版社 ． 2 0 0 5 ⋯ N T一1 1 ⋯5 6 目 一 _ 一一 翟 黑 图 9 竖直集中力产生的弯矩 很显然 ， 不管是水平集 中力还是竖直集 中力产 生的弯矩 ， 在构架梁端部和跨 中相对于其他部位较 大 。其 中 ， 集 中力 对 下 弦构 架 梁 产 生 的 弯矩 比上 弦 28 构架梁大得多。在水平力作用下 ， 上弦构架梁 的跨 中弯矩值为 一 2 8 2 N m， 端部弯矩值为 2 7 8 N m； 下弦弦构架梁的跨中弯矩值为 2 7 8 N m， 端部弯矩 值为 一1 4 0 4 N m。在竖直力作用下 ， 上弦构架梁的 跨中弯矩值为 一 2 7 6 N m， 端部弯矩值为 7 3 5 N m； 下弦弦构架梁 的跨中弯矩值为 3 3 0 N 1 T I ， 端部弯矩 值为 一1 0 8 6 N m。从弯矩的数值大小可以看 出， 水 平集中力和竖直集中力对构架梁产生的弯矩不大。 3 结论 1 构架梁的端部应力最大， 应力值为 1 1 4 MP a ， 小 于 Q 2 3 5钢材的强度设计值 2 1 5 M P a ， 满足受力要求； 2 构架梁 的跨 中挠度最大 ， 最 大挠度为 4 ． 7 1T i m， 侧移为 5 ． 6 m l n ， 满足规范要求； 3 腹杆中的轴 向应力 均小 于钢材 的强度设计 值 ， 偏于安全。 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ⅲ／ 隧